机器视觉与智能检测2011-讲义

z 按镜头接口分 | CCTV（C-MOUNT）：又称C接口镜头， | 采用螺纹式固定方式，应用最广泛， | 重量轻、体积小、价格便宜、品种多。 | CS-MOUNT：是C接口的一种变形
FMount——尼康工业镜头； Pentax接口—宾得工业镜头
z 6.军事与国防：
z 超低空雷达、超视距雷达、导弹制导与导航、地形匹配、 z 单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象
1.4 视觉检测的特点
（1）高速度
瞄准：自动搜索目标边缘并定位 无需人工介入和目视瞄准
测量：可以直接测量零件参数 二维和三维信息
参数：长度，距离，外径，孔径 厚Байду номын сангаас，倒角，轮廓 面积，线宽，螺距等
按照等效焦距分为
标准镜头（中焦距） 等效焦距为50mm的镜头。适用范围广，畸变校正较好。
广角镜头 等效焦距小于标准镜头的镜头。 工作距离短，景深大，视角大。常常表现为桶形畸变。
长焦距镜头 等效焦距超过200mm的镜头。 工作距离长，放大比大，观测范围小， 畸变常常表现为枕形状畸变。
按变焦方式分为： 固定变焦 手动变焦 电动变焦
www.themegallery.com
光学中最基本的高斯成像公式： 1/u + 1/v = 1/f，即物距的倒数加 上像距的倒数等于焦距的倒数
2.3 检测镜头
www.themegallery.com
z 焦距：焦距大小决定视场角的大小
z 焦距小(短)：视场角大，观测范围大，景深大
z
远处物体分辨不很清楚，畸变大，边缘暗
1.3 视觉检测的作用
www.themegallery.com
z 5.遥感图像分析：
z 卫星遥感图像 z 气象卫星（红外成象 --- 云图 --- 气象状况） z 资源卫星（多光谱成象 ---- 地质、矿藏、森林、灾害） z 海洋卫星（合成孔径雷达成象 --- 海洋、海浪、海滩） z 航空摄影图像 --- （多目成象 --- 大地测量、测绘）
2.2 光源和照明方式
z 常用光源(2）光纤卤素灯
| 使用寿命约1000小时 | 几乎没有亮度和色温的变化 | 优点：亮度高 | 缺点：响应速度慢
www.themegallery.com
2.2 光源和照明方式
z 常用光源(3）发光二极管（LED）
| 寿命长，耐振动 | 体积小，无辐射 | 功耗低，发热少 | 响应快（毫秒级）
z 焦距大(长)：视场角小，观测范围小，景深小
z
远处物体分辨也很清楚，畸变小
z 选择焦距：观测目的—要细节还是大范围视野
光圈：用来控制

镜头通光量
表达光圈大小用F值， F=f(焦距)/D(孔径)。
2.3 检测镜头
景 深 图 示
焦点对在4.5 ｍ时 的景深情况实例
www.themegallery.com
玻璃瓶子及瓶盖 大恒:管瓶在线质量
品质检测
检测
美国NI判断连接 判断PCB板加工
正确性
正确性
判断饮料过多 或过少
判断药粒安装正 确性
1.3 视觉检测的作用
大 恒
印 刷 质 量 检 测
www.themegallery.com
1.3 视觉检测的作用
三维激光视觉检测系统
www.themegallery.com
www.themegallery.com
1.3 视觉检测的作用
z 3.生物医学图像分析
z 医学临床诊断 z B超，CT，核磁共振(MRI) z 胃镜，肠镜 z 生物图像分析 z 形状，组织切片，染色体配对 z 细菌，病毒，病原体外形尺寸 z 检测，表面损伤检测
组织切片
www.themegallery.com
1.3 视觉检测的作用
z 2）工业离线检测
z 检测对象：零部件 z 检测参数：尺寸，颜色，缺陷，品质 z 检测系统：单目成像
www.themegallery.com
1.3 视觉检测的作用
z 小型零件尺寸参数测量
www.themegallery.com
2
2011/9/21
1.3 视觉检测的作用
z PCB电路板参数检测
目标 图像 数字 特征 识别 处理、控制
光源 镜头
图像 卡
视觉 算法
视觉 算法
计算机 算法
1.2 什么是视觉检测
www.themegallery.com
视觉检测与其他学科的关系
z 图像处理 z 模式识别 z 计算机视觉 z 视觉检测
滤波、增强、复原 图像
分割、细化，压缩
图像
识别 特征 提取
图像
目标
采集
微距镜头（显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比
远心镜头
2.3 检测镜头--镜头的分类（3）
z 远心镜头：
z 物方远心镜头可以 z 消除透视畸变， z 像方远心镜头可以 z 获得更好的像面 z 照度的均匀性
www.themegallery.com
2.3 检测镜头--镜头的分类（4）
www.themegallery.com
LED灯源 中 中 高 有 高 低 有 高 高
2.2 光源和照明方式
z 各种光源实例
www.themegallery.com
2.3 检测镜头
z 镜头的作用
z 成像：目标通过镜头成像到摄像器件上
z
没有镜头，无法采集到图像
z
---输出被噪声淹没
z 聚焦：当镜头成像平面不在摄像机
z
像面上时，输出图像模糊不清；
www.themegallery.com
1.4 视觉检测的特点
z （2）高智能
z 照明：自动控制照明亮度及方式 z 调焦：自动识别图像清晰度 z 瞄准：自动寻找边缘轮廓并定位 z 测量：给出最优测量结果
www.themegallery.com
Good
Bad
3
2011/9/21
1.4 视觉检测的特点
选择依据： 几何形状、照明亮度、均匀度、光 谱特性，发光效率、使用寿命
4
2011/9/21
2.2 光源和照明方式
z 照射方向 | 直射光：入射光基本 上来自一个方向，入 射角小，被照射物体 有阴影； | 散射光：入射光来自 多个方向，不会投射 出明显阴影。
www.themegallery.com
2.2 光源和照明方式
2.2 光源和照明方式
z 结构光 z 照明
www.themegallery.com
同轴 照明
5
2011/9/21
2.2 光源和照明方式
z 常用人工光源(1）高频荧光灯
| 使用寿命1500-3000小时
| 优点：扩散性好，适合大面
|
积均匀照明，成本低
| 缺点：响应速度慢，亮度较暗
www.themegallery.com
2.3 检测镜头
www.themegallery.com
畸变
几何畸变指的是由于镜头方面的原因导致的图像范围内不同位置上的 放大率存在的差异。
枕形畸变 桶形畸变。
2.3 检测镜头
z 镜头各个参数间关系
光圈 （相当于水龙头开 关，开得越大，所 需时间越短）
光线强度 （相当于水压， 水压越大，所需 时间越短）
7
2011/9/21
2.3 检测镜头--镜头的分类（2）
www.themegallery.com
按照功能分
变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变
定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以调节
定光圈镜头 光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。
按照用途分
z
计算理论、表示与算法、硬件实现
z
80年代—蓬勃发展，新概念，新方法，新理论
z
1.2 什么是视觉检测
www.themegallery.com
视觉检测：利用计算机视觉技术实现目标参数的自动检测
z 视觉 检测 技术
z 光学成像技术 z 图像获取和存储 z 数字图像处理 z 模式识别技术 z 信息处理技术
z 外部信息感知：耳朵 鼻子 舌头 皮肤 眼睛
z
听觉 嗅觉 味觉 触觉 视觉（80%）
z 计算机视觉：利用计算机模拟生物宏观视觉功能的科学
z
创建数字图像
z
恢复现实模型
z
认知现实世界
z 起源：50年代—模式识别：二维灰度图像的分析与识别
z 发展：60年代—Roberts三维机器视觉
z
70年代—Marr视觉计算理论
1
2011/9/21
1.3 视觉检测的作用
z 1）工业在线检测
z 检测对象：零部件，产品，包装
z 检测参数：尺寸，颜色，缺陷
z
品质，位置，匹配
z 成像系统：单目，双目，多目
www.themegallery.com
1.3 视觉检测的作用
www.themegallery.com
日本Keyence
双目立体成像 检测系统
z 调焦：调整CCD与镜头基准面的距离。
z 曝光：改变光积分时间
z
—曝光量（光圈）
z
改变灰度
z 变焦：改变镜头的焦距
z
—改变成像大小
z
（人眼不具备）
www.themegallery.com
功能相当于人眼的晶状体
6
2011/9/21
2.3 检测镜头
镜头参数
焦距，视场，分辨率 最大/最小工作距离， 景深，畸变
图像
图像 处理
图像
模式 识别
特征
图像 分析
信息
目标 计算机视觉 信息 测量数据处理 测量结果
z 计算机图形学 数字 计算、重构、生成 图像
1.3 视觉检测的作用
www.themegallery.com
智能 判断
视觉 检测
参数 测量
美国国家标准局：未来检测任务的90% z 有无：生产件零件计数、外包装喷码 z 方位：电子元件焊接 z 缺陷：产品包装损害、零件缺陷 z 匹配：染色体配对、目标相关性检验 z 识别：数字、字符、标记、目标 z 尺寸：长度、角度、形状 z 位置：零件位置公差、元件定位、三坐标 z 颜色：药液品质检测、油漆速度、纺织品 z 灰度：玻璃制品透明度、液体浑浊度 领域： 工业、交通，三航、军事、医学、安防
机器视觉与智能检测
华南理工大学 2011.09
2011/9/21
第一讲 视觉检测概述
z 1.1什么是计算机视觉 z 1.2什么是视觉检测技术 z 1.3视觉检测的作用 z 1.4视觉检测的特点
www.themegallery.com
1.1 什么是计算机视觉
www.themegallery.com
z 2.1视觉检测系统构成 z 2.2光源和照明方式 z 2.3检测镜头 z 2.4摄像器件 z 2.5图像存储体 z 2.6视觉软件
www.themegallery.com
2.1 视觉检测系统构成
www.themegallery.com
2.1 视觉检测系统构成
www.themegallery.com
z （3）高精度
z 光学：高放大倍率提高分辨率
z 图像：亚像素细分确保图像处理
z
的准确性
z 算法：最小二乘法处理结果
z
更可靠，更准确
www.themegallery.com
1.4 视觉检测的特点
z （4）其他
z 长时间 z 宽光谱 z 消除错觉
www.themegallery.com
第二讲 视觉检测系统组成
www.themegallery.com
点光源
线光源
面光源
2.2 光源和照明方式
www.themegallery.com
光源比较
价格 亮度 稳定性 闪光装置 使用寿命 光线均匀度 多色光 复杂设计 温度影响
萤光灯 低 低 低 无 中 高 无 低 中
卤素灯+光纤导管 高 高 中 无 低 中 无 中 低
叶片细胞显微放大 转基因大豆孢子
MRI
细胞统计排序
1.3 视觉检测的作用
www.themegallery.com
z 4.监控、安防、交通管理
z 交通 --- 车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、
z
交通流量检测
z 安全 --- 指纹、人脸和静脉识别、安全检查（飞机、海关）
z 监视 --- 超市防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视
z 明场和暗场
www.themegallery.com
2.2 光源和照明方式
z 反射 z 照明
z (明场)
z 反射 z 照明
z (暗场)
www.themegallery.com
2.2 光源和照明方式
z 背光 z 照明
www.themegallery.com
2.2 光源和照明方式
穹顶 漫射
www.themegallery.com
2.2 光源和照明方式
www.themegallery.com
z (1)光源的作用： z ①使视场具有足够照度 z ---- 整体亮度、突出特征量 z ②满足一定的投影关系 z ---- 位置变化、成像质量 z ③满足一定的滤光要求 z ---- 区别、对比度
z (2)光源的种类： z ① 自然光源 z ② 人工光源
www.themegallery.com
光线 （相当于水）
正确曝光所需光量 （相当于桶的容积 ，正确拍照标准是 得到恰好的光量。 正确曝光的标准就 是用 “水”将这个 “桶”充满）
正确曝光时间 （相当于以当前 的水压、龙头开 关大小、距离， 将桶装满的时间
2.3 检测镜头--镜头的分类（1）
www.themegallery.com